范丽霞

（河南工业贸易职业学院，河南 郑州 450012）

小麦是世界上栽培最早的粮食作物之一，对人类的文明和文化的发展起了最重要的作用。尽管与豆科植物相比，小麦种子蛋白质含量较低，但由于产量位居世界第一位，因此，小麦蛋白质仍是人类食物蛋白质的主要来源。

小麦籽粒中蛋白质的含量及性质直接影响着小麦面粉的加工品质。Osborne（1907）[1]根据其溶解性将小麦籽粒中的蛋白质分为清蛋白、球蛋白、麦谷蛋白和醇溶蛋白。这种分类法是关于小麦蛋白分类最早的报道，为研究小麦蛋白质功能特性及与加工品质之间的关系奠定了理论基础。通过这种方法提取出清、球蛋白、醇溶蛋白和麦谷蛋白后，还会剩余一些不溶于上述溶剂的蛋白，称之为残渣蛋白，又叫剩余蛋白[2]。麦谷蛋白和醇溶蛋白是主要的小麦储藏蛋白，为组成面筋的主要成分，是决定小麦面团粘弹性的主要因素。

小麦粉加工品质和筋性大小主要由小麦中面筋蛋白质的数量和质量决定[3]，而不仅仅是由蛋白质（粗蛋白）总量决定的。事实上，麦谷蛋白和醇溶蛋白共同形成面筋，并以一定的比例相结合时，才共同赋予面团特有的性质。因此，麦谷蛋白和醇溶蛋白是影响小麦粉加工品质的决定性因素。小麦粉在中国的一个主要用途是用来蒸制馒头。据统计，馒头用粉量约占我国小麦粉用粉总量的40%[4]。

相对馒头来说，有关面包品质的研究很多。本文选用3种品种不同的小麦，研究在馒头加工过程中麦谷蛋白组分提取率的变化，为深入探讨面团及馒头形成机理提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

3种品种不同的小麦：豫麦56和豫麦47由河南省农科院小麦研究所提供，烟农19由郑州市农科所提供。小麦种子于冰箱中（4℃）保存。

1.2 方法

1.2.1 水分的测定

按GB 5497-85进行。

1.2.2 磨粉

原料除杂→根据要求确定加水量→润麦24 h→磨粉→保存

1.2.3 粗蛋白含量的测定

采用微量凯氏定氮法（GB/T 5511-2008），蛋白质换算系数为5.7。

1.2.4 湿面筋含量的测定

按GB/T 5506.4-2008的方法进行。

1.2.5 馒头制作方法

按照一次发酵法进行。

具体操作如下：称取1 kg面粉，酵母3 g，加水480 mL左右（具体加水量应通过预实验决定），在立式搅拌机中慢搅2 min，快搅2 min，使面团表面光滑柔软均匀，分割成10个重量相同的馒头坯，手工搓圆成型，于35℃、85%RH条件下醒发40 min～60 min后，沸水汽蒸25 min，室温冷却后测定及包装贮存。

1.2.6 馒头加工过程中取样点的确立

馒头加工过程分为面团搅拌、面团成型、面团醒发、蒸制4个阶段。根据馒头加工的这4个阶段将取样点分为7个：原始小麦粉；面团搅拌2 min；面团搅拌结束并成型（4 min）；面团醒发30 min；面团醒发结束（60 min）；蒸制 15min；蒸制结束（25 min）。

1.2.7 馒头加工过程中麦谷蛋白组分提取率测定

称取相当于5 g面粉的面团或馒头块，加50 mL 0.1 mol/L NaCl溶液，于4℃间歇提取（振荡）2 h，4000 r/min离心，沉淀加50 mL 70%乙醇溶液，磁力搅拌2h，4000r/min离心20min，沉淀加50mL0.1mol/L乙酸溶液，搅拌提取2 h，5000 r/min离心30 min，将上清液（醋酸可溶性麦谷蛋白）定容至100 mL，沉淀加50 mL 1.5%SDS溶液，搅拌提取2 h，5000 r/min离心30 min，将上清液（SDS可溶性麦谷蛋白）定容至100 mL，沉淀加50 mL GMP提取液（2%SDS+5%2-ME+10%甘油+0.01 mol/LTris-HCl缓冲液），搅拌提取2 h，5000 r/min 离心 30 min，将上清液（Glutenin Macropolymer，GMP）定容至 100 mL。

2 结果与讨论

2.1 馒头加工过程中麦谷蛋白组分提取率的变化

2.1.1 酸可溶性麦谷蛋白提取率在馒头加工过程中的变化酸可溶性麦谷蛋白提取率在馒头加工过程中的变化见图1。

图1 酸可溶性麦谷蛋白提取率在馒头加工过程中的变化Fig.1 Acid soluble glutenin extraction rate in the steamed bread processing process changes

由图1可以看出，在由面粉制作馒头的整个过程中，酸可溶性麦谷蛋白提取率在不同阶段的变化不同，其具体情况为：

在面团搅拌过程中，3种小麦样品中酸可溶性麦谷蛋白提取率都随搅拌时间延长而增加。另外还发现，筋力较弱的豫麦56样品中酸可溶性麦谷蛋白提取率增加的速度比筋力强的豫麦47和烟农19要快。这主要可能由于筋力较弱的小麦品种中麦谷蛋白大聚合体的结构稳定性较差，分子内或分子间-S-S-易断裂，使得麦谷蛋白大聚合体发生解聚，一部分转化为可溶性麦谷蛋白，从而使得酸可溶性麦谷蛋白的数量增加，进而引起弱筋小麦品种中酸可溶性麦谷蛋白提取率增加的速度比筋力强的小麦品种快。

在醒发过程中，3种样品中酸可溶性麦谷蛋白提取率则逐步下降，而且3种样品下降速度大致相同，没有什么明显差异。在此阶段，酸可溶性麦谷蛋白提取率减小的主要原因在于面筋网络的形成，麦谷蛋白分子间通过-S-S-进一步交联成大分子聚合物，使得酸可溶性麦谷蛋白溶解度降低，提取率减小。

在蒸制初期，3种样品中酸可溶性麦谷蛋白提取率急剧下降，蒸制后期变化比较平缓。在此阶段，造成酸可溶性麦谷蛋白提取率大幅度下降，主要归因于蛋白质的变性作用[5]，引起蛋白质二、三、四级结构发生了变化，成为较混乱的排列。在蒸制过程中，热变性的蛋白质基质形成了馒头的部分弹性和韧性。

上述现象说明酸可溶性麦谷蛋白的存在状态及溶解性在馒头加工过程中发生了有规律的变化。

2.1.2 SDS-可溶性麦谷蛋白提取率在馒头加工过程中的变化

SDS-可溶性麦谷蛋白提取率在馒头加工过程中的变化见图2。

图2 SDS-可溶性麦谷蛋白提取率的变化Fig.2 The change of SDS-soluble glutenin extraction rate

由图2可以看出：在面团搅拌阶段，3种小麦样品中SDS-可溶性麦谷蛋白提取率一直呈上升趋势；在面团醒发过程中，豫麦56样品中SDS-可溶性麦谷蛋白提取率在醒发前期一直呈下降趋势，但随着醒发时间的延长又逐步上升，最终仍比醒发开始时减少4.0%；豫麦47和烟农19样品中SDS-可溶性麦谷蛋白提取率在醒发阶段一直保持下降趋势；在蒸制过程中，三种小麦样品中SDS-可溶性麦谷蛋白提取率均下降。

由上述可知，在整个馒头加工过程中，蒸制过程对SDS-可溶性麦谷蛋白提取率影响最大，变化幅度也最大，其原因可能由于加热作用，一方面使蛋白质受热变性，另一方面，由于高分子量的蛋白质对热最敏感，即大分子麦谷蛋白在受热时比小分子麦谷蛋白更易结合成多分子蛋白网络，成为残渣蛋白的“新成员”[6]，使面团的硬度增加，弹性提高，从而导致SDS-可溶性麦谷蛋白提取率下降。

2.1.3 麦谷蛋白大聚合体（GMP）提取率在馒头加工过程中的变化

麦谷蛋白大聚合体（GMP）提取率在馒头加工过程中的变化见图3。

图3 麦谷蛋白大聚合体（GMP）提取率的变化Fig.3 The change of Glutenin macropolymer(GMP)extraction rate

由图3可以看出：在面团搅拌阶段，3种小麦样品面团中GMP的提取率均呈下降趋势；在面团醒发阶段，在醒发初期，3种小麦样品面团中GMP的提取率均表现为升高，但随着醒发时间的延长，豫麦56样品面团中GMP的提取率开始下降，豫麦47和烟农19样品面团中GMP的提取率仍保持上升趋势；在蒸制初期，烟农19样品中GMP提取率急剧下降，豫麦56和豫麦47样品中GMP提取率均有所上升，但随着蒸制过程的继续进行，3种小麦样品中GMP提取率均呈下降趋势，且变化比较平缓。

根据GMP在面团搅拌、醒发及蒸制过程中的提取率变化规律，认为在面团搅拌过程中，GMP可能在机械力作用下被打断、分开，从而形成分子量呈连续性的碎片，其中一些分子量较小的蛋白碎片较容易溶于1.5%SDS溶液；或当面团中形成连续的面筋网络后，GMP中的大聚合体的一些非共价键发生了断裂；最后一种可能是这些大聚合体的二硫键在一些水溶性或疏水性的面筋蛋白的自由巯基作用下发生了“巯基-二硫键交换反应”被还原而断裂，从而使其分子量降低；或者是三种机理的综合作用[7-9]，使得GMP提取率下降，SDS-可溶性麦谷蛋白提取率增加。面团醒发阶段，由于GMP的空间结构发生了一定的变化，其主要作用可能在于通过其外部暴露的游离巯基与麦醇溶蛋白或其它蛋白发生了巯基-二硫键的交换反应以及氢键或疏水作用而相互结合，醒发促进了面筋网络结构更快的形成和完整，使得GMP含量增加，从而引起GMP提取率升高。馒头蒸制初期，由于蛋白质受到加热处理，使得可溶性麦谷蛋白含量减少，增加了残渣蛋白的含量，同时由于蛋白质分子受到高温的作用而发生构象变化，从而丧失生物学活性，引起物理化学性质的异变，分子发生变性[10]，并且分子量大的蛋白质组分对热相对比较敏感，容易发生变性。而筋力较强的烟农19样品中分子量大的蛋白质组分含量相对较高，这几种因素综合的结果导致豫麦56和豫麦47样品中GMP提取率升高，烟农19样品中GMP提取率下降；但随着蒸制过程的进行，蛋白质主要发生变性作用，保持蛋白质空间构象的一些弱键断裂，破坏了肽链的特定的排列，原来在分子内部的一些非极性基团暴露到了分子的表面，因而降低了蛋白质的溶解度，促进了蛋白质分子之间相互结合而凝结[11]，使得3种小麦样品中GMP提取率均下降。

2.2 麦谷蛋白组分在馒头加工过程中的变化机理及与馒头制作品质之间的关系

从上述麦谷蛋白组分的变化，结合图1～3绘制出酸可溶性麦谷蛋白、SDS-可溶性麦谷蛋白和GMP在馒头加工过程中的模拟变化趋势图。

图4 馒头加工过程中麦谷蛋白组分提取率变化模拟图Fig.4 During the process of steamed bread glutenin fractions extracted from rate change simulation diagram

由图4可以看出，麦谷蛋白组分在馒头加工过程中均发生了有规律的变化，具体表现为面团搅拌过程中酸可溶性麦谷蛋白提取率、SDS-可溶性麦谷蛋白提取率增加，在醒发和蒸制过程开始下降；并且SDS-可溶性麦谷蛋白提取率变化与GMP提取率变化呈显著负相关。有关可溶性麦谷蛋白提取率在面团搅拌阶段增加的机理有几种不同的解释。一种认为在面粉搅拌过程中，由于凝聚体的物理特性而分离或由于共价键/非共价键的断裂造成了蛋白凝聚体体积降低[12]，而Eckert（1993）[13]则认为蛋白质提取率增加是由于结构压缩引起的。在醒发阶段，一方面，由于面筋网络的进一步形成；另一方面，蛋白质受温度的影响，使其构象发生变化，暴露出某些疏水性侧链基团，有些基团在一定温度下被活化，使它们处于一个易于合作的状态，容易与其它蛋白质或其它组分（如脂类）发生相互作用，蛋白质分子间相互贯穿、缠绕，依靠次级键特别是疏水键的力量结合在一起，使之“理顺”或“重构”，包括各种次级键的“重组”，增加了不溶性蛋白质的含量[6]，从而使GMP提取率升高。在蒸制阶段，由于蛋白质分子受到高温的作用而发生构象变化，从而丧失生物活性，引起物理化学性质的异变，分子发生变性[5]，同时由于蛋白质受到加热处理，使得可溶性麦谷蛋白含量减少，增加了残渣蛋白的含量，两种作用综合的结果导致GMP提取率发生变化。

酸可溶性麦谷蛋白、SDS-可溶性麦谷蛋白是分子量较小的蛋白聚合体，GMP是分子量较大的谷蛋白聚合体。由面团的流变学特性和最终烘焙品质可知，烟农19小麦样品的品质最好，豫麦56最差，豫麦47介于二者之间。由图2可知，从整体上看，品质好的小麦样品SDS-可溶性麦谷蛋白提取率比品质差的小麦样品低，残渣蛋白量多，很有可能是品质好的小麦样品通过-S-S-交联成的大分子麦谷蛋白含量高[14]。一般来说，GMP含量高的小麦粉，其面筋强度较大，最终烘焙品质较好[15]。从图3可以看出，在品质最好的烟农19小麦粉中，GMP的含量相对比较高，豫麦47次之，豫麦56最低。这说明GMP的含量和粒度分布是影响面粉烘焙品质性状的决定性因素。Mac Ritchie[16-17]、Booth[18]和Orth[19]都认为面包烘焙品质差异主要在于麦谷蛋白大聚合体，其含量能最好地解释面包体积差异（2%～97%）。

3 结论

酸可溶性麦谷蛋白提取率、SDS-可溶性麦谷蛋白提取率在面团搅拌过程中增加，在醒发和蒸制过程开始下降；并且SDS-可溶性麦谷蛋白提取率变化与GMP提取率变化呈显著负相关。

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